鍋爐及壓力容器常用鋼材知識
發(fā)布時間：2011-04-16 12:34:58 瀏覽：次
1. 鍋爐及壓力容器對鋼材性能的要求主要是按工作條件進行分類。
一般可分為兩大類： 一、用以制造室溫及中溫承壓元件的鋼板與鋼管 這類鋼板具有以下特點： 1 有較高的室溫強度 在設計上通常以屈服極限σs和強度極限σb為設計依據(jù)，要求有較大的σs和σb良好的韌性性能，材料需具有足夠的韌性防止脆性斷裂，在考慮強度的同時也不能忽略韌性。 (1) 材料的韌性通常用沖擊韌性值αk表示。 壓力容器用鋼的沖擊韌性要求 沖擊韌性值 αk(N·m/cm2) 20℃ ≥60 -40℃ ≥35
(2)在壓力容器設計時還需要考慮鋼材的時效韌性 時效就是鋼材經(jīng)冷加工變形后，在室溫或較高溫度下，沖擊韌性隨時間變化。通常在200-300℃，沖擊韌性值顯著降低。一般要求下降率不超過50%。 由于壓力容器斷裂過程分為在缺陷處形成裂紋和裂紋擴散兩個階段，相應兩種防止斷裂方法： (1)選用具有足夠韌性的鋼材以防止裂紋產(chǎn)生，要求如上表所示 (2)選用韌性更高的材料，以求在裂紋產(chǎn)生后能夠阻止裂紋擴展。（要求溫度比無塑性轉變溫度NPT高一定數(shù)值，例如元件的設計應力為屈服極限σs一半時，要高17℃）
3 較低的缺口敏感性 制造過程中，開孔和焊接會產(chǎn)生局部應力集中，要求材料有較低的缺口敏感性，以防止產(chǎn)生裂紋
4 良好的加工工藝性能和焊接性能 由于焊接熱循環(huán)作用，會 (1)降低熱影響區(qū)材料的韌性、塑性 (2)在焊縫內產(chǎn)生各種缺陷 其中(1)、(2) 均會產(chǎn)生裂紋 在壓力容器選材料時需考慮 (1)適當?shù)暮附硬牧虾秃附庸に?nbsp;(2)材料中碳的當量值(保證材料具有較好的可焊性) (3)材料具有良好的塑性(碳鋼和碳錳鋼δs不低于16%，合金鋼δs不低于14%) (4)良好的低倍組織 (5)鋼材的分層、非金屬夾雜物、氣孔、疏松等缺陷盡可能減少(防止裂紋的產(chǎn)生) 二、用以制造高溫承壓元件的鋼管 1 具有良好的高溫組織穩(wěn)定性 長期高溫下不發(fā)生組織變化 2 具有足夠的蠕變強度、持久強度和持久塑性 通常以持久強度為設計依據(jù)，保證在蠕變的條件下安全運行 3 具有良好的的高溫抗氧化性 要求材料在高溫條件下的氧化腐蝕速度小于0.1mm/a 4 具有良好的加工工藝性 要求冷加工性(冷態(tài)彎曲)和焊接性 2. 鍋爐與壓力容器用鋼的分類 一、工作溫度低于500℃的鋼材 碳素鋼和低合金結構鋼 1 鐵素體-珠光體結構鋼 屈服強度σs為300-450MPa 16Mn，15MnV，15MnVN加入合金元素，固溶強化，結晶強化作用 2 低碳貝氏體類型鋼 屈服強度σs為500-700Mpa 14CrMnMoVB延緩奧氏體分解，得到貝氏體，增加強度 3 馬氏體型調質高碳鋼 屈服強度σs為600Mpa以上 18MnMoNb和14MnMoNbB正火加回火，有良好的低溫韌性
二、工作溫度高于500℃的鋼材 低合金熱強鋼和奧氏體不銹鋼 1 低合金珠光體熱強鋼 15CrMo和12Cr1MoV，結晶強化，沉淀強化 2 低合金貝氏體熱強鋼 12Cr2MoWVTiB和12Cr3MoVSiTiB，特點：合金數(shù)量多而量少，高溫強度高，抗氧化性強 3 奧氏體不銹鋼 18-8型鉻鎳奧氏體不銹鋼：1Cr18Ni9Ti和0Cr18Ni9Ti，高溫強度高，抗氧化性強，且具有很高的韌性和較好的加工工藝性 3. 碳素鋼 一、碳素鋼中主要成分對性能的影響 1 碳的影響 碳增加，強度增大，塑性減少，可焊性變差，時效敏感性降低 2 錳的影響 脫氧(FeO)脫硫，改善熱加工性能 3 硅的影響 脫氧 4 硫的影響 熱脆性 5 磷的影響 冷脆性 6氧的影響 降低強度、塑性 7 氮的影響 提高強度、硬度，降低塑性 8 氫的影響 氫脆 二、碳鋼的分類 化學成分：高(含碳量在于0.65%)、中(含碳量0.25-0.65%)、低碳鋼(含碳量小于0.25%) 用途：普通碳素結構鋼、優(yōu)質碳素結構鋼和碳素工具鋼 1 普通碳素結構鋼 甲類鋼：按機械性能供應(A)，鋼板，角鋼等 2 優(yōu)質碳素結構鋼 按機械性能和化學成分供應 含碳量低：鋼板、容器、螺釘、螺母 含碳量中：齒輪、軸 含碳量高：彈簧、鋼絲繩 3 碳素工具鋼(T) 高硬度和耐磨性，制造刀具、量具、模具
三、鍋爐與壓力容器常用碳素鋼 承壓元件主要使用低碳鋼，因為塑性、韌性、加工工藝性和可焊性好 (1) 優(yōu)質碳素結構鋼 10號和20號無縫鋼管 20號鋼含碳量比10號鋼多一倍，強度高，屈服極限σs和強度極限σb高20%，時效敏感性低，多采用20號鋼 (2) 專用碳素鋼 A3g A3R 15g 20g，沖擊韌性好，金屬表面和內部缺陷少 4. 普通低合金結構鋼 低合金鋼是在碳素鋼的基礎上加入少量Si,Mn,Cu,Ti,V,Nb,P等合金元素構成的，它的含碳量較低，多數(shù)小于0.2%。其組織多數(shù)仍為F+P。由于少量合金元素的加入可以大大提高鋼材的強度，并改善了鋼材的耐腐蝕性能和低溫性能。 低合金鋼可軋制成各種鋼材，如板材，管材，棒材和型材等。它廣泛用于制造遠洋輪船、大跨度橋梁，高壓鍋爐，大型容器，汽車，礦山機械及農業(yè)機械等。 大型化工容器材料采用16MnR，生量比碳鋼可減輕1/3。用15MnV制造球形貯罐，與碳鋼相比節(jié)省45%。 焊接 5. 低合金熱強鋼 在原油加熱，裂解，催化設備中，常用到許多能耐高溫的鋼材。如裂解爐管，要求承受650～800℃高溫。 20號鋼在540℃下于氧化性氣體中，因氧化強度只有50MPa。因為石墨化。 常用的抗氧化鋼 ——Cr13SiAl,Cr25Ti,Cr17Ti,Cr25Ni2 熱強鋼 ——12CrMo,Cr5Mo,1Cr18Ni9Ti,Cr25Ni20 6. 不銹耐酸鋼 是不銹鋼(耐大氣)和耐酸鋼(不銹)的總稱， 鉻不銹鋼——1Cr13多用作化工機器中受力大的耐蝕零件，如軸，活塞桿，閥件，螺栓，浮閥等 0Cr13,Cr17Ti F組織，有良好塑性 鉻鎳不銹鋼——1Cr18Ni9 18-8不銹鋼 有較高的抗拉強度，較低屈服點，極好的塑性和韌性，焊接性能和冷彎成型性能好，用來制造貯罐，塔器，反應釜，應用最廣。 7. 低溫用鋼 深冷分離，空分，液化氣貯罐低溫使用。 低溫鋼平均含碳量0.08～0.18%，單相F組織，加入適量的Mn,Al,Ti,Nb,Cu,V,N等元素改善鋼的綜合機械性能。 常用低溫用鋼 1) 低合金低溫用鋼 16MnDR -40℃ 機械性能優(yōu)于一般低碳鋼 2) 鎳鋼 2.25% -60℃ 3.5% -100℃ 9% -200℃ 3) 高錳奧氏體鋼 15Mn25Al4 其中Mn是形成A的基本元素，Al作為穩(wěn)定A的元素。 4) 鉻鎳奧氏體不銹鋼 18-8奧氏體不銹鋼 國外低溫設備用鋼，以高鉻鎳為主，其次用鎳鋼，銅，鋁。
